【摘要】：全光纖激光多普勒測量是一種根據(jù)激光多普勒效應(yīng)和光學(xué)混頻原理結(jié)合光纖與光無源器件技術(shù)發(fā)展起來的精密測量技術(shù),具有非接觸測量、測量精度高、響應(yīng)速度快、時間分辨率與位移分辨率高等諸多優(yōu)點(diǎn),常用于航空航天、爆轟物理等研究領(lǐng)域,是位移測量領(lǐng)域中的前沿技術(shù)。激光多普勒信號解調(diào)常用兩種方法:干涉條紋計數(shù)法和干涉條紋相位解調(diào)法,條紋計數(shù)法的位移分辨率為?/2,相位法的精度可突破波長的限制,精度可達(dá)nm量級。目前全光纖多普勒測量技術(shù)常采用條紋計數(shù)法,位移分辨率不高,無法分辨位移方向。本論文針對全光纖激光多普勒測量系統(tǒng)采用相位解調(diào)方法,開展了以下工作:1.針對相位解調(diào)和運(yùn)動方向辨別,以3×3光纖耦合器為核心器件,設(shè)計了全光纖光路和相位解調(diào)算法。分別分析研究了三種常用相位解調(diào)算法:希爾伯特相位解調(diào)算法、正弦曲線擬合算法和3×3光纖耦合器相位解調(diào)算法。主要研究的內(nèi)容有:信號的采樣率高低、信噪比大小和周期采樣點(diǎn)數(shù)等參數(shù)對相位解調(diào)算法計算精確度的影響,進(jìn)而選擇3×3光纖耦合器相位解調(diào)算法對全光纖多普勒信號進(jìn)行解調(diào),對全光纖激光多普勒信號相位解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計與信號處理做了簡要分析。2.針對3×3光纖耦合器相位解調(diào)系統(tǒng),設(shè)計基于FPGA芯片為核心的硬件電路和軟件方案。用A/D對3路多普勒信號進(jìn)行高速采集,通過FPGA對信號實(shí)現(xiàn)相位解算,然后通過DA實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換并在示波器上實(shí)時檢測,或者通過W5300實(shí)現(xiàn)位移與上位機(jī)的通信。3.搭建了實(shí)驗裝置,以壓電陶瓷的運(yùn)動為測試對象驗證了全光纖激光多普勒測量系統(tǒng)和算法的可行性。實(shí)驗結(jié)果表明:本系統(tǒng)的位移測量范圍在5nm~18.34μm,相位測量誤差為32.2?,位移測量誤差為0.023%。
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN253
【圖文】：

圖 1.1 IQ 正交解調(diào)法的原理2007 年，3 3 光纖耦合器解調(diào)法的研究引起人們的關(guān)注，美國 Sandia 國家實(shí)驗室采光纖光路設(shè)計零差激光系統(tǒng)，多普勒信號解調(diào)利用 3 3 光纖耦合器相位解調(diào)法分析[11]，利用 3 3 光纖耦合器的特性(三路信號的相位差是 120 ),可以得出兩路正交信

圖 1.2 3 3 光纖耦合器相位解調(diào)法的原理，國內(nèi)也開始對 3 3 光纖耦合器進(jìn)行研究，首先推導(dǎo)了 3 3 光纖耦合，然后用 Matlab 軟件仿真 3 3 光纖耦合器解調(diào)方法，從理論上分析生變化的原因。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2719000